大容量二手發(fā)電機機組往往按發(fā)電機—變壓器組單元接線與高壓或超高壓電網(wǎng)直接相連，在電力系統(tǒng)中占有十分重要的地位。由于它結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價昂貴，一旦因故障而遭到破壞，在經(jīng)濟上必然會受到很大損失，因此在考慮大容量二手發(fā)電機—變壓器組的繼電保護整體配置時，應(yīng)強調(diào)限度地保證機組和限度地縮小故障破壞范圍，盡可能避免不必要的突然停機，對某些異常工況采用自動處理裝置，特別要避免保護裝置誤動和拒動。所以不僅要求有可靠性高、靈敏性和選擇性強、快速性好的保護繼電器，還要求在繼電保護的整體配置上盡量做到完善、合理，并力求避免繁瑣、復(fù)雜。
1 傳統(tǒng)的繼電保護方式及其不足之處
傳統(tǒng)的二手發(fā)電機內(nèi)部故障主保護方案常采用：傳統(tǒng)縱差保護、傳統(tǒng)橫差保護、基波縱向零序電壓保護、轉(zhuǎn)子二次諧波電流保護、標(biāo)積制動式縱差保護等。這些傳統(tǒng)的保護方式在一定程度上起到了有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除、減少對電力系統(tǒng)的損壞程度、恢復(fù)無故障部分的正常運行、反應(yīng)電氣元件異常運行工況的作用，但是由于諸多原因，在電力系統(tǒng)中始終存在發(fā)電機、變壓器等設(shè)備的保護元件正確動作率普遍偏低——許多都不到70%的問題，因此有必要對這些保護方式略作分析，以期找到改進(jìn)措施。
1.1 傳統(tǒng)縱差保護
傳統(tǒng)縱差保護只對相間短路有效，對發(fā)電機定子繞組同相的匝間或?qū)娱g短路和開焊(斷線)故障均無保護作用，因而保護功能不，再加上目前存在元器件產(chǎn)品質(zhì)量差、維護管理水平低等諸多問題，必須加以改進(jìn)。
1.2 傳統(tǒng)橫差保護
以往的單元件橫差保護，其動作電流約為(0.2～0.3)In，所用中性點連線的電流互感器變比選為0.25 In/5 A，所以舊式的單元件橫差保護的動作電流約為發(fā)電機額定電流的二次值(5 A)，由于發(fā)電機內(nèi)部故障用的老式橫差繼電器對三次諧波濾過比小于15，所以這樣的整定值就限制了保護正常動作靈敏度的提高。
1.3 基波縱向零序過電壓保護
對于中性點側(cè)只有U，V，W三相引出三個端子的發(fā)電機，習(xí)慣上都裝設(shè)縱差保護以反應(yīng)內(nèi)部相間短路。為了保護發(fā)電機的定子繞組匝間短路或開焊故障，可增設(shè)縱向零序過電壓保護，但縱向零序過電壓保護裝置較復(fù)雜、靈敏度低，且可能引起某些誤跳閘。只有在發(fā)電機中性點側(cè)三相僅引出三個端子，并裝設(shè)了縱差保護時才選用。
1.4轉(zhuǎn)子二次諧波電流保護
轉(zhuǎn)子諧波二次電流保護中啟動元件與選擇元件的配合要求十分嚴(yán)格，容易發(fā)生誤動作，整定較困難，須用專門的轉(zhuǎn)子回路電抗變壓器。只在發(fā)電機已確定中性點側(cè)僅引出三相三個端子，并決定裝設(shè)縱差保護而不可能裝設(shè)高靈敏橫差保護的情況下才選用。
1.5標(biāo)積制動式縱差保護
標(biāo)積制動式縱差保護不能反應(yīng)匝間短路和定子繞組開焊故障，且這種保護也需要發(fā)電機中性點側(cè)引出三相三個端子。
目前國內(nèi)300MW及以上的汽輪發(fā)電機均采用每相兩并聯(lián)分支、中性點僅引出三相的三個端子，普遍采用發(fā)電機縱差保護和發(fā)電機—變壓器組縱差保護作為發(fā)電機—變壓器組內(nèi)部短路主保護。當(dāng)發(fā)電機中性點側(cè)只有三相三個引出端子時，就無法裝設(shè)單元件橫差保護，這將影響整套繼電保護裝置的可靠性、靈敏性。
2 大機組內(nèi)部故障主保護的改進(jìn)方案
2.1 改進(jìn)方案
對于二手發(fā)電機大機組繼電保護的配置原則是：加強主保護，簡化后備保護。因此針對傳統(tǒng)繼電保護出現(xiàn)的問題，提出一種由不完全縱差保護和高靈敏單元件橫差保護組成的雙重主保護配置方案。
改變發(fā)電機中性點側(cè)的引出方式，將三相六個分支繞組分成兩組，其中一組僅將其中性點N1引出，另一組三相端子分別引出，并在發(fā)電機外接成第二中性點N2，N1與N2連接以便裝設(shè)單元件橫差保護，互感器TA1與TA2構(gòu)成發(fā)電機不完全縱差保護。許多理論研究和實踐經(jīng)驗已證明：高靈敏單元件橫差保護具有發(fā)電機相間短路、匝間短路和定子繞組開焊的保護功能，特別簡單、靈敏度高，可作為各類發(fā)電機的主保護。不完全縱差保護克服了傳統(tǒng)縱差保護不反映定子繞組匝間短路和開焊故障的缺陷，成為發(fā)電機內(nèi)部各種故障的第二主保護，方便地實現(xiàn)了大機組主保護的雙重化要求。采用這種方案的必要前提是發(fā)電機中性點側(cè)應(yīng)有四個引出端子。
2.2 改進(jìn)措施
a)對300MW及以上的汽輪二手發(fā)電機，只要中性點引出方式在發(fā)電機制造時稍作改變就可使用高靈敏單元件橫差保護，其功能超過縱差保護。
b)采用更換互感器，減少電流互感器變比，提高三次諧波濾過比，通過常規(guī)發(fā)電機短路試驗、實測橫差保護不平衡基波和三次諧波電流來正確整定動作電流等措施，把傳統(tǒng)橫差保護改造成高靈敏橫差保護。
c)不完全縱差保護是針對每相兩并聯(lián)分支的發(fā)電機提出的，采用比率制動式繼電器，機端互感器選變比為In/5A，分支互感器選變比為0.5 In/5A，這種方式能反應(yīng)發(fā)電機內(nèi)部各種相間短路、匝間短路和分支繞組的開焊故障，如圖2所示。這種保護方式對發(fā)電機引出線短路有保護作用。但應(yīng)注意在每分支數(shù)很多(大于2)時，若某個不裝設(shè)互感器的分支發(fā)生故障，在裝設(shè)互感器的那些非故障分支中的電流可能很小，不完全縱差保護有可能拒絕動作，因而在分支數(shù)較多時要慎用。
d)一般來說，當(dāng)二手發(fā)電機變壓器本身配置了雙重主保護時，不需要再設(shè)置發(fā)電機、變壓器自身的短路后備保護，這時可以在機端裝設(shè)全阻抗或偏移阻抗保護，兼顧機端和高壓母線相間短路故障，在升壓變壓器高壓側(cè)通常還裝設(shè)零序電流、零序電壓作為高壓側(cè)接地短路的后備保護。
2.3雙重主保護的作用
這種主保護方案可使發(fā)電機內(nèi)部各種相間短路、匝間短路和定子繞組開焊故障均得到雙重快速保護，同時還能使發(fā)電機獨立運行時機端引線的相間短路也有快速保護。當(dāng)每相分支數(shù)大于2時，在每相中性點側(cè)裝設(shè)互感器的分支數(shù)應(yīng)大于或等于n/2(n為每相分支數(shù))。
采用這種主保護配置方案時，可完全舍棄縱向零序電壓保護和二次諧波轉(zhuǎn)子電流保護。
3 對繼電保護的發(fā)展展望
繼電保護方式的發(fā)展經(jīng)歷了方向比較式、相位比較式、電流差動式等階段，所使用的繼電器從電磁式到模擬靜止式，進(jìn)而發(fā)展到數(shù)字靜止式，隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展、微型計算機和微處理器的出現(xiàn)，為繼電保護數(shù)字化開辟了廣闊前景，出現(xiàn)了以微機和光傳輸技術(shù)為基礎(chǔ)的全數(shù)字控制保護系統(tǒng)。
微機保護具有下列特點：
a)保護功能由軟件實現(xiàn)；
b)采用數(shù)字信號處理技術(shù)；
c)具有數(shù)字儲存功能，如過程記憶、錄波等；
d)容易實現(xiàn)遠(yuǎn)方通信，接口簡單；
e)具有自動測試和監(jiān)視功能；
f)軟硬件標(biāo)準(zhǔn)化；
g)公共數(shù)據(jù)可重復(fù)使用實現(xiàn)不同功能。